碳化硅表面雙層碳膜制備取得新進展

碳化硅表面雙層碳膜制備取得新進展

近日,中國科學院蘭州化學物理研究所先進潤滑與防護材料研究發展中心在四氯化碳氣氛下碳化硅表面雙層碳膜制備方面取得了新進展。

研究人員以四氯化碳為氯氣源和碳源,通過碳化物衍生碳(CDC)過程和化學氣相沉積(CVD)法,成功地在碳化硅表面制備出了雙層碳膜。該雙層碳膜分別由通過對碳化硅氯化形成的 CDC亞表層和對四氯化碳熱解形成的 CVD表層構成。溫度對該雙層碳膜形成有重要作用。由于 CDC過程的氯化率遠高于 CVD過程的沉積速率,因此 CDC層比 CVD層更厚,研究人員認為可以通過引入氫氣以及低溫蒸發四氯化碳的方法降低 CDC層的厚度。該雙層碳膜的形成機制為碳化硅的氯化和 CVD層的形成,這兩個過程同時發生而又相互競爭。

該雙層碳膜可作為比 CDC更好的界面涂層應用于金屬基復合材料中,也可作為機械密封件的潤滑涂層。

近年來,由于 CDC材料具有較高的比表面積和可控孔徑分布等性能,引起研究人員的廣泛關注,使其在儲氫、催化劑、電池和超級電容器電極材料等領域得到應用。之前報道的 CDC材料一般是通過對碳化物的高溫氯化處理來制備,然而在 CDC過程中,去除金屬原子會導致非晶碳收縮,使其孔隙量達到 80%。1997年初,鹵代烴,如四氯化碳和三氯甲烷被認為可以用于在碳化物上制備游離碳。然而,目前為止有關此方面的報道還很少。該研究旨在探討使用四氯化碳作為反應物在碳化硅上制備碳膜的可行性。

該研究結果發表在 Carbon(Carbon,2011:732-736)。

(摘自中國科學院蘭州化學物理研究所)